人工髋关节表面改性及摩擦学性能研究

发布时间：2021-08-13 22:24

　　超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和钴铬钼合金（CoCrMo）是目前临床应用广泛的人工关节材料。关节在使用过程中会产生UHMWPE磨屑,可以导致关节周围界膜形成和骨吸收,导致无菌松动,同时金属腐蚀、金属磨损颗粒以及金属的撞击等产生的金属离子也会在人体内产生一系列化学反应,影响关节使用寿命。为了提高UHMWPE耐磨性,减少磨屑产生,本文利用电子回旋共振（ECR）等离子技术对UHMWPE进行表面改性；为了研究CoCrMo材料生物摩擦学特性,本文利用电化学的方法检测金属的磨损过程；为了评价关节头表面类金刚石（DLC）薄膜改性以及等离子浸没离子注入（PⅢ）改性对人工关节耐磨性的影响,本文利用人工关节模拟试验机评价其耐磨性。本文以氩气和氧气为处理气体,利用ECR等离子体技术对UHMWPE进行表面改性,利用傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）分析材料表面化学成分和结构；利用纳米划痕实验分析材料表面力学性能；利用循环式摩擦磨损实验评价材料摩擦磨损性能；用SEM观察划痕和磨痕形貌,分析磨损机制。研究结果表明,等离子体处理过程在UHMWPE表面形成了C-O、C=O等含氧官能团,增加了材料... 

【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

人工关节结构图[1]

其中PVD方法主要有真空蒸镀，溅射沉积，离子镀等。离子镀也有多种方法，如空心阴极离子镀，电弧离子镀以及磁过滤阴极真空弧沉积(FC、叭)方法。FC、人的工作原理示意图如图1一2，它是在真空阴极电弧蒸发源的后面装有一个曲线形的磁过滤通道，点弧装置引燃电弧，电弧等离子体中的电子将呈螺旋线状的轨迹绕磁力线而通过磁过滤通道，电子的运动对离子形成静电引力从而引导离子通过过滤通道，由喷射产生的颗粒则被过滤器阻挡掉，因此在磁过滤的出口处可以获得纯度极高、几乎不含有喷射颗粒、离化率极高的高纯离子束。因此相比于其他沉积方法，FC、/A制备的薄膜致密、均匀、质量好，且沉积速率高，可大面积沉积，目前，该工艺已经在工业规模上得到应用。A了 eapply……黯’’ 工工工图1一2磁过滤电弧离子镀原理

工件处于等离子体源中，可以全方位注入离子，因此该种方法可以实现复杂工件的表面改性处理。等离子体浸没离子注入设备的原理如图1一3所示，设备由真空室、等离子体源、真空泵组以及高压脉冲电源组成。在等离子体注入过程中，真空室中的工作气体通过射频电容祸合方式电离成等离子体，然后在工件上相对于真空室壁施加负偏压，这样电子流向真空室壁，而大质量的离子则相对静止，于是在工件周围形成一层较厚的正离子鞘层，正离子在强电场作用下获得巨大能量，高速入射到工件表层，从而形成离子注入过程。 RFPowersuPPly Substrateho!derInsulateeyl TurbomolecularPumP图1一3等离子体浸没离子注入设备的原理等离子体浸没离子注入技术在金属材料表面处理方面有广泛的应用，氮离子注入在金属材料可在材料表面形成新的氮化物，这些氮化相是提高材料表面显微硬度、耐


本文编号：3341229